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Fertilité et nutrition des arbres en forêt boréale: un nouveau paradigme Centre de foresterie des Laurentides Québec 17 novembre 2011 J. André Fortin 3‐ Types de symbiose végétale À retenir: • Le mutualisme (symbiose au sens strict) est un terme évolutif: la sélection naturelle favorise les organismes qui s'associent. • La symbiose a joué un rôle fondamental dans l’évolution des cellules eucaryotes: les chloroplastes, les mitochondries et les cinétochores (e.g. fuseau achromatique) des plantes et des animaux proviennent de symbioses ancestrales. • Le rôle fondamental et universel des symbioses dans l’évolution et le fonctionnement des espèces végétales et des écosystèmes terrestres. Mycélium Culture des champignons arbusculaires Modifications physiologiques et écophysiologiques dues aux mycorhizes arbusculaires • Modification du métabolisme des plantes • Absorption des nutriments • Absorption de l’eau • Activités hormonales et autorégulation • Résistance aux stress biotiques et abiotiques • Relation avec les insectes pollinisateurs • Agrégation des sols • Goût des aliments et parfum des fleurs Les érablières sont des forêts typiquement ‘arbusculaires’ Production d’inoculum Premier Tech Superficie : 1 800 m2 Équipe : 11 personnes Production annuelle : 520 milliards de spores Application des inoculants mycorhiziens Ectomycorrhizal fungi grow on rocks Details Fungal Rhizomorphs Involved in transport of nutrients Mycorrhizal roots from the lifted humus layer External mycorrhizal mycelium involved nutrient uptake © L M U Ectomycorhizes Morphologie • Origine ~200 millions d’années • D’abord chez des gymnospermes • Puis chez les angiospermes • Coniférales etc. à compléter • Ascomycètes et basidiomycètes • Systématique mobile; phylogénie moléculaire Les ectomycorhizes Annual elongation of the shoot (cm) 10 5 0 May Figure 1. Fortin and Lamhamedi June July August Assimilation des ions 32P (nmol mg dry wt-1 h-1 Les ectomycorhizes Mycorrhizal roots Nonmycorrhizal roots Figure 2. Fortin and Lamhamedi Les ectomycorhizes Ectomycorhizes Mouvement du phosphore Diagramme Charles-Gilles reconstitué Stomatal conductance (mol.m-2. s-1) Net photosynthesis (µmol.m-2. s-1) Les ectomycorhizes Days Figure 7. Fortin and Lamhamedi Les ectomycorhizes Diagramme Charles-Gilles reconstitué Les ectomycorhizes Les ectomycorhizes Read et al. 2004 Les ectomycorhizes Read et al 2003 Une fonction importante des ectomycorhizes : la mobilisation des éléments minéraux contenus dans la matière organique des horizons supérieurs grâce à la secrétion d’enzymes spécifiques. Par exemple : Phosphatases —> phosphore Protéases, chitinases —> azote Laccases, cellulases : digestion des parois végétales —> accès facilité Growth of Paxillus involutus proliferates around apatite particles Apatite particles become eroded after fungal colonization, oxalate crystals are formed. 14C allocation to patches with apatite by pine seedlings colonized by P. involutus 14C weathering arenas (DPM/well) 5000 4000 3000 2000 1000 0 Quartz Apatite ECM stimulates apatite weathering – but only if P availability is low 1.2 Shoot Roots P-content (mg) 1.0 0.8 0.6 C C B B B 0.4 0.2 B A A 0.0 FSA Apatite FSQ Quartz Full nutrients (Smits unpublished) -PA Apatite -PQ Quartz -Phosphorus Altération des minéraux Apatite Feldspath Biotite Phlogopite MicroclineK P, Ca, Fe K, Ca K, Mg K, Mg, Fe Agent solubilisateurs Acide oxalique Acide citrique Acide malonique Acide formique Acide acétique Acide succinique Hypothèse Peut-on augmenter la productivité de forêts en région boréale en utilisant des minéraux locaux comme l’apatite et les feldspaths potassiques. Niveaux d’études Au laboratoire Sur plantules En forêt How can we study this in the field? – Fungal ingrowth bags -22 -22,5 δ13C (‰) -23 -23,5 -24 -24,5 Silvåkra Tönnersjöheden -25 -25,5 -26 -26,5 Jämjö -27 Mycelia Mycorrhizal fruitbodies Saprophytic fruitbodies Nouveau paradigme • Adapter les méthodes d’analyse des sols • Mieux connaître la diversité des champignons mycorhiziens et leurs activités dans les sols • Envisager de nouvelles approches pour la fertilisation des milieux forestiers • Repenser la façon de considérer les effets des précipitations acides. Nouveau paradigme • • • • • Érablière sur humus doux (mull) Érablière à bouleau jaune (moder) Sapinières et pessières Pinèdes grises Éricacées
